麻將導讀
哪些是真實?羅杰·彭羅斯在他的《真實之路》一書的推論章中提出這樣的指責:“我覺得至今仍未找到一條真正的‘真實之路’。雖然2500年來,尤是近來的幾個世紀,人類取得了非凡的成就。但是個別根本性的新看法是必要的……一些人覺得,這條路本身可能就是個海市蜃樓,具有真正客觀性質的、不依賴于人們如何去觀察它的‘物理真實’,這一概念本身就是一場白日夢。”
2010年,澳洲科學家設計出一種肉眼可見的量子機械,讓一個極小的半導體“量子鼓”同時處在震動和不震動的疊加態,進一步縮小了量子熱學和我們現實感之間的距離。該研究成果獲評《科學》雜志2010年十大科學突破之首。
依照量子熱學基本多項式,像電子這樣的微觀粒子不會同時具有精確的動量和精確的位置,這一不確定性原理限制了人們對微觀事物認識的極限,由于存在觀測者對觀測目標的擾動,主體和客體世界必須被看成是一個不可分割的整體。沒有一個獨立存在于客觀世界的事物,任何事物都只有結合特定的觀測手段,才談得上具體意義。
是否存在獨立于觀察者的真實事物?
喬普拉:您覺得是否存在獨立于觀察者的真實事物?
奧爾福德:是的。那個執著地覺得椅子上的水壺依賴于你或我的觀察的觀點,我并不認可。
喬普拉:我覺得水壺的形狀、顏色、質感依賴于神經系統,不同的神經系統對這種信息的感知會完全不同。胡蜂不會體驗到(同樣的)水壺,蝙蝠會體驗到超聲波的回聲,而鬣蜥的眼珠能以兩個不同的軸轉動,我很難想像對一只鬣蜥來說,水壺看上去是哪些樣子。所以,水壺本身就是作為水壺而存在嗎?
奧爾福德:是的。
喬普拉:物質是表象,惟有意識是真實。
這是去年1月29日在曼哈頓菲羅克忒忒斯多學科研究中心舉辦的一場題為“真實的性質”辯論會的一個片斷。彭羅斯的指責給這場論辯提供了主題——物理學和物理能完整描述真實嗎?科學家、藝術家和學者們坐在一起闡述主觀感知的世界,借以為科學和人文兩個迥然不同的世界架起溝通的橋梁。
討論由喬普拉基金創始人、內分泌學家迪帕克·喬普拉主持,出席者有芝加哥學院巴爾的摩中學文理大學數學院士、夸克研究理論化學學家馬克·奧爾福德,佛羅里達學院醫大學麻醉學與心理學院士、意識研究中心所長斯圖亞特·哈梅羅夫,法國皇家學會化學學家羅杰·彭羅斯等人。
意識怎樣形成?
哈梅羅夫支持的觀點是,知覺和意識形成于腦部中量子糾纏電子的玻色—愛因斯坦匯聚波函數的崩塌。例如這些倒塌每秒鐘40次,而有些受過特殊訓練的人達到了每秒80次,感知的速率更快,所感知的世界都會慢出來。
奧爾福德2006年發表于《物理學基礎》上的一篇論文中稱,化學學“只是覆蓋了我們經驗世界的有限方面”。但他指責“量子意識”的觀點,覺得量子糾纏“通常十分脆弱”并且“難以組織”。化學學家覺得,雖然是對于少量粒子在任意長久期間的糾纏,這也是不大可能的,他說,對于量子微妙性而言,“這些特別脆弱的過程是人類腦部功能的關鍵特點”,但這“不適用于環境”。他支持對化學學與形而念書之間的聯系給與嚴格的限制。他說:“意識更可能從其他地方升起,根據更傳統的科學說法,你不須要抵達這兒;而按最奇怪、最奇特的現代數學的說法,你不須要抵達任何地方。”
而喬普拉作為神秘主義者的一方,表示希望“熟悉科學的限制”。正是奧爾福德指出了這些限制。喬普拉想把奧爾福德的實用主義界限推得更遠。他覺得科學以謙卑的方法能夠被理解,卻未必是打開“終極真實”之門的鎖匙。
奧爾福德強調,量子熱學早正在20世紀就形成了,也可能有三天被扔掉,正像19世紀末提出的以太概念那樣。“如果你太過分依賴當前的科學范式,再過100年,它可能被取代了。你可以用‘量子熱學’來啟發思路,可以在多個途徑使用它。但我不覺得你真的想把它當作基礎性的根本原理。”
菲羅克忒忒斯之傷
本次辯論在菲羅克忒忒斯多學科構想研究中心舉辦,將科學家、藝術家和學者們集中到一起,以圓桌大會的方式進行科學闡述,旨在于在科學與人文兩個迥然不同的世界之間架起溝通的橋梁,通過整體和跨學科的途徑來理解創新和想像過程。
菲羅克忒忒斯是特洛伊戰爭中的角色,被一條蛇咬了腳,創口感燙發出惡臭的味道,同伴將他困在利姆諾斯島以避免氣味。辛運的是,他還有他大力神父母留下的弩箭。當時法國人從預言中獲知,假如沒有大力神的弓弩,她們不可能在特洛伊戰爭中獲勝,所以她們被迫重返現姆諾斯島,請求菲羅克忒忒斯返回參戰。
以“傷者和弓弩”的形象出現的菲羅克忒忒斯,在科學探求中所彰顯的并非最初神話的蘊意。文學評論家愛德蒙·威爾遜將創口比喻為精神外傷量子物理學中最有名的人物,弓弩比喻為當他考量藝術怎樣從痛楚中升起的時侯,因為洞察真相而獲得的恢復力量。
真實是哪些?在物理框架中,真實可能永遠得不到一個完整的最終描述,科學探求者正如受了傷的菲羅克忒忒斯。自然世界中,不依賴于主觀觀測的客觀真實是否存在?在當前的數學學和物理范式中探求心理過程與意識,能夠完整地展現真實?迄今仍未發覺的未來的化學或物理是否有這個能力?
當人們把眼神轉向認知的主體時,卻發覺量子力學這一解釋客觀世界的理論與主觀意識運行這么緊貼。量子意識理論覺得,精典熱學未能完整解釋意識,意識是一種量子熱學現象,如量子糾纏和疊加作用。腦部中存在海量的處于量子糾纏態的電子,意識正是從這種電子的波函數的周期性坍塌中形成。這一假說在解釋腦部功能方面占有重要地位,產生了解釋意識現象的基礎。
目前有幾種不同的量子意識理論。代表人物有大衛·玻姆、古斯塔夫·波洛伊德、大衛·查爾默斯、羅杰·彭羅斯與斯圖亞特·哈梅羅夫等人。
01
大衛·玻姆(DavidBohm)
上世紀50年代,大衛·玻姆發表了他的第一本書《量子理論》,成為該領域的一部精典教科書,他成功建立了一個隱函數體系。粒子擁有確定的位置和動量,周圍彌漫著直至宇宙盡頭的“量子勢”,以維護愛因斯坦的“上帝不擲色子”觀點。觀測儀器會和量子勢發生作用進而使粒子改變它的行為模式。
玻姆覺得,量子理論和相對論之間的矛盾,暗示了在自然宇宙中存在一種更基本的層面。無論是量子理論還是相對論,都指向這一更深層的理論。而這些更基本的層面,代表了一種不可分割的整體和一種蘊涵的秩序,在此之上才形成了我們對這個經驗宇宙的解釋秩序。
玻姆的蘊涵秩序除了適用于物質也適用于意識,它能解釋物質和意識三者之間的關系。蘊涵秩序代表更基本的真實,精神和物質被看作是這一更基本真實在我們的解釋秩序中的一種投射。
玻姆用聽音樂的經驗來討論意識的性質。他覺得,對運動和變化的體會構成了人們的音樂經驗。剛才過去的和當下的體會在腦部中同時呈現量子物理學中最有名的人物,剛過去的成為對當下的解釋,這是一種轉化而不是記憶。玻姆覺得,這正是意識從蘊涵秩序中的浮現。
玻姆把對運動、變化、流動,以及相關類似的經驗,如聽音樂作為一種蘊涵秩序的彰顯。他稱支持這一觀點的證據來自簡·皮亞蓋特對小孩的研究。那些研究顯示,兒童必須學習時間和空間,由于這是解釋秩序的部份,而他也有一個“硬件”來理解運動,這是蘊涵秩序的部份。他覺得句型產生了腦部中的“硬件”。但玻姆未曾提出任何具體的腦部機制,將他的蘊涵秩序和意識聯系上去。
02
古斯塔夫·波洛伊德()
波洛伊德覺得玻姆的“隱含—解釋”理論架構說明了神經過程和意識之間的關系。2005年,波洛伊德發表論文詳盡闡述了這一過程的數學基礎。文章的主要觀點是,量子相干是由和神經過程有關的一種足夠長的離子通道支撐。他提出,這些通道能和周圍的液體、蛋白質以及同一細胞膜中的其他通道形成糾纏。離子通道控制著整個神經軸突膜的電勢差,在腦部的信息處理過程中起著核心作用。
他研究了封閉狀態下的鉀離子通道,并勾畫了原子波譜。離子通道有一個過濾區域,能讓鉀離子步入而將其他離子擋在外邊。研究顯示,該過濾區是一種由5套四個氧原子組成的結構,是周圍多肽分子中羥基群的一部份,如同連著的口袋,稱為附囊()。兩個鉀離子被困在封閉離子通道的選擇過濾器中。每位離子都和其他兩套(8個)氧原子或附囊產生靜電聯系。
波洛伊德的研究闡明了一種的生理結構,在離子通道中可能形成量子相干。借此為出發點,他和合作者進一步提出,離子通道中鉀離子的行為與邏輯狀態有關,鉀離子和附囊中的氧原子是兩個量子糾纏的亞系統,等同于一種量子估算映射。離子從通道中排出,是給氧原子的狀態進行編碼。不同的離子通道也會相互糾纏。
03
大衛·查爾默斯(David)
新加坡國立學院腦意識研究中心所長、哲學家大衛·查爾默斯提出了多種量子熱學方法來解釋意識,他覺得,倒塌的動力機制為互相作用論者的解釋提供了開放余地。
查爾默斯覺得:“問題在于我們怎么解釋。我們想曉得的不僅僅是關聯,我們想要解釋——大腦過程怎樣形成意識,為何形成意識?這才是神秘之處。”
“最有可能的解釋是,在意識狀態不可能被疊加的條件下,意識狀態和系統的整體量子狀態有關。腦部作為意識的化學系統,在非疊加的量子狀態中,該系統的化學狀態和精神現象互相關聯。根據薛定諤多項式,對疊加的外部系統進行觀測時,將造成外部觀測系統與腦部互相作用,導致了大腦狀態的疊加,通過精神化學相關導致意識狀態的疊加。但是意識疊加不可能發生,所以意識必須選擇某個狀態,結果造成了一種確定的腦部狀態和對觀測目標的被選擇的確定狀態。”
04
羅杰·彭羅斯(Roger)與斯圖亞特·哈梅羅夫()
理論化學學家羅杰·彭羅斯和麻醉學家斯圖亞特·哈梅羅夫合作完善了廣受爭議的“和諧客觀還原模型(Orch-OR模型)”。彭羅斯和哈梅羅夫分別成立了各自的理論,彭羅斯從物理和歌德爾定律出發,而哈梅羅夫從他的疾病研究和麻醉學出發,后來她們合作建立了Orch-OR模型。
歌德爾定律是這一理論的核心。1931年,歌德爾證明了,若果一個方式理論足以容納自然數的5條公理而且無矛盾,它必將是不完備的,進一步,任何一個相容的物理方式化理論中,只要它強到足以在其中定義自然數的概念,就可以在其中構造在體系中既不能否認也不能證偽的命題
彭羅斯從歌德爾定律發展了自己的理論,覺得人腦有超出公理和即將系統的能力。在他第一部有關意識的書《皇帝新腦》中提出,腦部有某種不依賴于計算法則的額外功能,這是一種非估算過程,不受計算法則驅動;而算法卻是大部份化學學的基本屬性,計算機必須受計算法則的驅動。對于非估算過程,量子波在某個位置的崩塌,決定了位置的隨機選擇。波函數塌縮的隨機性,不受算法的限制。
人腦與筆記本的根本差異,可能是量子熱學不確定性和復雜非線形系統的混沌作用共同導致的。人腦包含了非確定性的自然產生的神經網路系統,具有筆記本不具備的“直覺”,正是這些系統的“模糊”處理能力和效率極高的表現。而傳統的圖靈機則是確定性的串行處理系統,盡管也可以模擬這樣的“模糊”處理,而且效率太低下了。而正在研究中的量子計算機和計算機神經網路系統才真正有希望解決這樣的問題,達到人腦的能力。
目前彭羅斯又提出了一種波函數塌縮理論,適用于不與環境互相作用的量子系統,卻可能自行塌縮。他覺得,每位量子疊加有自身的時空曲率,當它們距離超過普朗克寬度(10的-35次方米)時才會塌縮,稱為客觀還原()。
彭羅斯覺得,客觀還原所代表的既不是隨機,也不是大部份化學所依賴的算法過程,而是非估算的,受時空幾何基本層面的影響,在此之上形成了估算和意識。
1989年彭羅斯在撰寫第一部關于意識的書《皇帝新腦》時,還缺少對量子過程在腦部中怎樣作用的詳盡描述。此后,哈梅羅夫讀了彭羅斯的書,提出了微管結構作為對腦部量子過程的支持。她們在上個世紀90年代初期共同構建了Orch-OR理論。
支持神經元的細胞骨架蛋白主要由一種微管構成,而微管由微管蛋白二聚體亞單元組成,其功能包括傳輸分子、聯系神經突觸的神經傳導素、控制細胞生長等。每位微管蛋白二聚體都有一些憎水囊,彼此寬度約8納米,上面富含離域π電子。微管蛋白還有更小的非極性域,富含π電子富集吡啶環,相隔約2納米。哈梅羅夫覺得這種電子之寬度離很近,足以形成量子糾纏。
哈梅羅夫進一步提出,這種電子能產生一種玻色—愛因斯坦匯聚態,但是一個神經元中的匯聚態能通過神經元之間的間隙接點(gap)擴充到其他多個神經元,由此在擴充腦區產生宏觀尺度的量子特點。當這些擴充的匯聚波函數倒塌時,就產生了一種非估算性的影響,而這些影響與植根于時空幾何中的物理理解和最終意識體驗有關。
而這些匯聚態的活動性導致了腦部中的伽瑪波同步(gammawave),傳統神經科學覺得這些同步與意識和間隙接點的功能有關。
另一位神經科學家丹柯·喬治伍接受彭羅斯的大部份觀點,卻不同意哈梅羅夫的解釋。他覺得,在微管表面的量子相干過程是通過突觸前骨架蛋白擴充到突觸的,這既能影響突觸放電,也能從突觸間隙傳到其他神經元。
05
亨利·斯塔普(HenryStapp)
日本化學學家亨利·斯塔普1993年出版了專著《精神、物質和量子熱學》,他的解釋更為客觀,結合了自行倒塌理論、波函數的確定性演化,非確定性崩塌被看作是兩個真實的、本體上迥然不同的現象。腦部中發生的崩塌風波,即腦部意識的觀察或檢測愈發尤其重要。他覺得崩塌是一個精神過程,是腦部狀態的自然演變。他的解釋是哲學和二元論的結合。
崩塌從各類可能性中選擇了一個確定存在,這也許是個選擇的過程,而不是隨機擲色子。他的解釋涉及到時間誘因。根據塊區宇宙論,未來依賴于當前的決策,不是已經存在,而是有主觀參與的演化宇宙,如同懷海特的形而念書。
斯塔普覺得,意識對腦部神經亢奮進行最高水平的控制。量子腦部風波發生在整個腦部,是從大范圍的腦部激動中進行選擇。神經亢奮被看做一種編碼,每一個意識經歷都是來自這一編碼的選擇。據此理論,腦部是個以記憶為輸入數據的自行編程的計算機,記憶本身是來自過往經驗的編碼。
這一過程造成了意識選擇有多種可能性。意識行為是選擇一條頂尖編碼,之后對神經亢奮電壓加以控制。斯塔普覺得,這一過程是腦部活躍性的最中級,涉及信息搜集、計劃、執行監控。按照這一理論,意識風波能把握整個活動形式,因為意識的整體性,才能為“統整問題”提供解決方案。
斯塔普的腦部意識觀點,是一種內部決定系統,不能代表外部系統,對于其余的自然宇宙部份,外部表現降低了根據定理確切預知未來風波的知識。他的理論證據須要找到能提供頂尖編碼的神經元,以及記憶轉到額外頂尖編碼的過程。
另一問題,僅靠鼓勵權益市場融資來增加企業融資成本可行嗎?只能解決部份問題。像英國這樣直接融資比重較高的國家,房貸利率上漲同樣很重要,尤其對于消費個貸、住房按揭、中小企業房貸等。再看中國,直接融資比重遠高于間接融資,今年上市公司通過股市融資0.8萬萬元,僅占全社會融資總額的5%、GDP的1.3%,而個貸市場占我國社會融資總額的70%,因而僅憑鼓勵權益市場融資來增加企業融資成本達到穩下降的目標很難。再加之,6月暴跌后,IPO停止,股市融資凍結,經濟指標全面下降,推動個貸市場放松更是迫在眉睫。
量子腦部動力學(brain)
量子腦部動力學最起床始于上世紀60年代,其代表人物是化學學家和赫伯特·弗洛里希。近幾六年來,這一觀點得到進一步發展,主要支持者有馬利·吉布(MariJibu)、KunioYasue和朱塞佩·維泰羅()等人。依照量子腦部動力學理論,占腦部70%的水份子有兩個電極,構成了量子場,稱為皮層場。皮層場中的量子被稱為皮層子。皮層場和生物分子形成的量子相干波互相作用,在神經元和神經網路中傳播。
弗洛里希最早提出了神經網路中會形成量子相干波,他覺得,因為生物系統中生化過程波動的攪亂,尚不清楚是哪些順序支持。他覺得,可以通過神經細胞膜上的電勢差來觀察量子次序。他的研究覺得,在熱浴中有一種電荷回落,許多量子會匯聚到同一狀態,即玻色—愛因斯坦匯聚態。
這些匯聚狀態使兩極之間形成長距關聯。進一步,生物分子被覺得是順著肌動蛋白纖維(細胞骨架蛋白的一部份)排列,隨著量子相干波在肌動蛋白上形成兩極回落。目前,已有個別實驗證據的支持,證明具有高電偶極矩的生物分子有著周期性回落。
維泰羅覺得,生物組織中化學反應次序鏈不須要某種量子次序也會倒塌,這在量子腦部動力學理論中被稱為量子場論。他還從生理結構上提供證據來支持自己的觀點,包括放射效應對細胞生長的影響研究、外部剌激反應、非線性通道、膜蛋白中相關原子核運動、生物系統中的光學相干、孤立子和相干激動的能量轉化等。
量子腦部動力學覺得皮層場除了相互作用,并且會擴充到對整個神經網路的控制。它覺得生物分子波順著肌動蛋白纖維在細胞膜區域和神經樹形突細胞傳播,波從儲存于細胞膜中的ATP(三乙酸腺苷)分子中獲得能量,控制離子通道,反過來控制訊號流向神經突觸。維泰羅覺得,量子腦部動力學不須要將量子回落持續到退相干。
量子腦部動力學覺得皮層場除了相互作用,并且會擴充到對整個神經網路的控制。它覺得生物分子波順著肌動蛋白纖維在細胞膜區域和神經樹形突細胞傳播,波從儲存于細胞膜中的ATP(三乙酸腺苷)分子中獲得能量,控制離子通道,反過來控制訊號流向神經突觸。維泰羅覺得,量子腦部動力學不須要將量子回落持續到退相干。
一些量子意識的證據
許多實驗力圖證明神經過程與量子狀態有關。2003年到2009年之間,埃里克·康特等人做了一系列實驗,來證明人類在感知和認知模糊數字的過程中,其精神狀態中存在量子相干效應,并取得了證據,為剖析認知主體的時間動力學提供了理論支持。
近幾年的研究顯示,在光合蛋白中有一種實用的量子相干。恩格爾2007年在這一領域發表了權威論文,克里尼等人2010年證明了蛋白質中的這些相干能在溫度下存在。這種系統退相干的時間和腦部蛋白質的時間相符。
加利福尼亞學院伯克利校區化學學家覺得,她們發覺了生物系統中量子相干的證據:紅色動物為了捕獲太陽光能,在光合作用中表現出了量子估算的能力。
2010年日本牛津學院在《物理評論快報》發表論文稱,一種意大利知更鳥能敏銳感知主要磁場的微小變化,這是“疊加和糾纏在生物系統中持續100毫秒,超過了最好的人造分子系統所持續的時間”的證據,作者并因此建立了一個簡單的模型。